宋　標

(上海江南船舶管業(yè)有限公司， 上海 201302)

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厚壁管的高效焊接技術

宋標

(上海江南船舶管業(yè)有限公司， 上海 201302)

摘要管道焊接是船舶建造的一項重要焊接工作。近年來，隨著我國船舶工業(yè)的快速發(fā)展，市場競爭的不斷加劇，管道施工作業(yè)的競爭越來越激烈，開展管道施工高效焊接的技術研究，降低成本，提高焊接質量具有十分重要的意義。該文主要講述了對厚壁管制造和焊接的優(yōu)化措施和先進理念。將管子制造和焊接相結合，采用先進的制造工藝和合理的焊接技術，降低了生產成本和勞動強度，提高了焊接生產效率，穩(wěn)定了焊接質量。

關鍵詞創(chuàng)新厚壁管焊接高效

0前言

隨著世界經濟的逐漸復蘇，對高附加值、高新船舶的需求將隨之增大，各種新型材料，各種厚壁管的制造將增多。如何提高管道焊接效率，降低焊接施工成本，是每個企業(yè)追求的目標。

船用厚壁管是近年來高附加值、高技術船舶的必用船管。管壁厚度大都在20 m以上，而且都需100%的X拍片檢驗，以往我們都采用傳統制作工藝的方式來校管和焊接，雖然也能達到標準要求，但工作效率不高。去年，我公司承接了上海船廠的海工船高壓海水系統的厚壁管制造任務，工作量大且周期短，如果按照傳統的制造工藝，肯定無法按時完工。為此，我公司制定了一套新型的制造方式和焊接方法，最終提前完成了該產品的制造和焊接任務。

1厚壁管傳統制作焊接工藝的弊端

1.1勞動強度大，工作效率低

此次承接厚壁管的管道口徑是168 mm×22 mm，一根管道加上法蘭一般最起碼也有300 kg～400 kg，如圖1所示。

圖1　完整管示意圖

如果管道稍長的話就更重了，靠人力根本無法搬動。按照傳統焊接方法每焊1/2層焊縫就得翻動一次管道，且全得依靠行車來吊運。如果按照每一層焊縫在3 mm左右，那焊完整條焊縫大約15道焊縫，如圖2所示。

圖2　管子對接焊焊接順序示意圖

為了確保下一層焊縫的正常進行，必須對上道焊縫進行清渣處理，并對焊縫表面缺陷進行必要的修補和打磨處理。按照每一圈焊縫打磨4個接頭，那必須打磨約60個焊縫接頭，且焊完整道焊縫最起碼翻動7次。實際操作下來，就算一個熟練的焊工要完成整道焊縫也需要工作5 h左右。直接制約了我們焊接施工進度，勞動強度之大可想而知。

1.2反面焊縫質量難以保證

按照傳統的焊接方法，我們一般都采用手工鎢極氬弧焊單面焊雙面成型打底，手工焊條電弧焊或藥芯焊絲CO2焊填充蓋面的方式。在打底焊時，坡口由于在合理范圍內錯邊，坡口根部寬窄不均，或者焊絲和坡口被污染的情況下就會在焊縫中產生氣孔、表面裂紋、未熔合或咬邊等缺陷。再熟練的焊工，也不能說保證反面的焊縫100%合格。由于管道是整體裝配，相對靠里面焊縫死角處的缺陷難以被發(fā)現，由于不能及時進行清理和返修，直接影響了焊縫質量。

1.3X拍片合格率低，返修難度大

如圖1中一根管道上有6道焊縫，一個熟練的焊工把它全部焊完也須30 h左右。就算兩個焊工同時施焊，平均一個焊工也須兩個工作日。在這樣長期高強度、高壓力的工作狀態(tài)之下，誰能保證每層焊縫的焊接質量和焊接工效。再如前所述，由于管道整體裝配，打底焊反面的焊縫質量難以保證，如經X拍片檢驗不合格，必須把不合格的那段焊縫刨致坡口根部，打磨干凈后再重新焊接，隨即還需X拍片檢驗。工序繁瑣，返修難度高，局部修補焊接應力極大也是極其令人擔心的問題。

1.4焊后管道易產生裂紋和變形，安裝困難，焊后工藝復雜

由于焊接過程中要進行清渣打磨等處理，焊縫整體不能連續(xù)施焊，焊縫應力增大，管道容易產生裂紋、變形和收縮。特別是厚壁管，由于管道壁厚較大，結構剛性也較大，焊接時容易產生較大的焊接殘余應力。在焊接殘余應力和擴散氫的共同作用下，焊接接頭易產生冷裂紋，因此焊后還需經過熱處理來降低焊縫殘余應力。由于不能整體連續(xù)施焊，管壁厚，焊道多，特別是每焊1/2道焊縫要進行打磨，打磨過程相當于對焊縫進行冷卻。因此焊縫剛性也極大，焊縫殘余應力也相應增大，管道就容易產生變形和收縮。為了便于安裝，變形較大的，在安裝前還需要進行火工矯正來抵消原先產生的焊接變形。

綜上所述，厚壁管整體制造焊接的弊端顯而易見。不僅費時費力，還難以保證焊縫質量。但是，如果采用了我們所研制的新制造工藝和焊接方法，以上所有的弊端迎刃而解。不但焊接時間能縮短5倍左右，焊工的勞動強度也顯著降低，且焊縫質量也得以保證。下面就將研制成果與大家分享。

2厚壁管新型制造工藝和焊接方法

2.1厚壁管合理裝配工藝

把圖1中整根管道分成三段，如圖3所示。

圖3　管道分段裝配示意圖

逐段進行裝配和焊接，而且使每條焊縫都能處于平對接的位置來焊接。如圖3中的第一段和第二段焊縫就可以直接將管子放置壓棍式變位機(以下簡稱變位機)中進行焊接，如圖4所示。

圖4　分段管焊接示意圖①

以圖3中的第三和第四道焊縫為例，如果兩段焊縫之間距離夠長，就可以直接將中間管道放置變位機中，如圖5所示。

圖5　分段管焊接示意圖②

如果中間管段長度不夠放置變位機中，可以另外加一段1 m左右同徑口的輔助管道。將輔助管道一端加工成45°斜坡，然后與第三或第四道焊道的彎頭相連接，使其與母體管道處于同一水平線，垂直于所焊焊縫，然后將輔助管道放致變位機中，如圖6所示。

圖6　分段管焊接示意圖③

等三段管子四條焊縫焊接完畢，經X拍片合格后，再重新完整組裝管道。用圖6中同樣的方式來焊接。由于管道的重心偏失，在變位機轉動的過程中，管道運行至下坡段時，會產生不規(guī)則的向下跳躍運行現象，直接影響焊縫質量。為了使管道在變位機中能夠平穩(wěn)運轉，我們在母管管道的對稱面搭焊了相同質量的物體，如圖7所示。

圖7　完整管最后一道焊縫焊接示意圖

2.2厚壁管先進的焊接技術

采用V型坡口，用手工鎢極氬弧焊單面焊雙面成型的方式打底。CO2藥芯焊絲填充蓋面。如表1所示。

表1　焊接規(guī)范表

打底前將焊道進行預熱，有利于氬弧焊焊接，可降低焊縫殘余應力，減少根部淬硬傾向，預熱溫度為100°C左右，預熱寬度從對口中心開始，每側不小于焊件厚度的三倍且不小于100 mm。由于管壁較厚，拘束度大，為防止焊縫根部產生裂紋，打底焊厚度應不小于3 mm。打底焊結束并檢查焊縫無缺陷后，應立即進行填充，填充蓋面都采用CO2藥芯焊絲進行焊接。

第一層、第二層填充焊時，采用傳統的焊接方式，焊至整圈焊縫的三分之一處應停止焊接，進行清渣和焊縫接頭打磨，然后再焊完余下三分之二的焊縫，由于第一層、第二層焊縫處于坡口根部，焊縫相對狹窄，焊接電流應控制在保證鐵水拉得開、熔池清晰、熔合良好的前提下，提高焊接速度，減少焊層厚度，使焊縫中的氫易溢出，保證焊縫質量。填充焊的第三層開始，我們就可以采用連續(xù)焊，即一個熟練的焊工搭配一個小工，焊工在焊接的同時小工在對面及時地進行清渣處理，如圖8所示。

圖8　連續(xù)焊示意圖

中間不停頓，沒有焊接接頭，不用打磨修補。

由于管壁厚，坡口較寬，連續(xù)施焊時線能量容易超出評定值，接頭金屬組織將變得粗大。為了控制線能量，層間溫度必須控制在200℃～300℃之間，為了防止層間溫度過高，我們填充焊焊至焊道高度的三分之二處時，應停止焊接，焊工也正好得以休息，但應時刻注意焊縫層間的溫度，當焊縫層間溫度降至200℃時，開始重新施焊，直至填充焊結束。休息片刻后進行蓋面。

在焊接過程中，噴嘴的位置與角度非常重要，在變位機平穩(wěn)轉動的同時，噴嘴應始終成45°角左右保持在上坡位置(11∶00～12∶00之間)，如圖9所示 。

圖9　焊接角度示意圖

噴嘴與焊縫之間的距離保持在10 mm左右，這樣熔滴生成后始終托附在熔池之中，使焊縫根部冶金反應充分，氣體易溢出，消除氣孔。且藥渣也始終跑在熔池的前面，不易產生未熔合夾渣，焊縫質量得以保證。由于管道短、焊縫少，且是滾動焊接，因此管道除了在長度上縮短而不產生任何角變形，這對管系來說十分重要。因為沒有了角變形，焊后殘余應力相應減少，也就無須進行熱處理，只須用石棉布將焊縫包裹嚴實，保溫緩冷即可。

3采用新型技術后的實施結果

3.1降低勞動強度，提高工作效率

由于進行分段裝配與施焊，我們每條焊縫都可以采用平對接的方式來焊接。管道也根本不用翻動，且焊接過程中無須考慮清渣和清根打磨，可以連續(xù)施焊，而恰恰是清渣和清根打磨占據了拍片焊中大部分時間。同樣口徑的管道，同樣熟練的焊工一整道焊縫從填充到蓋面結束，只需要1 h左右，比傳統的焊接速度整整提高了5倍左右。且裝配時間也根本沒有增加，只不過分兩個時段進行而已。在減輕焊工勞動強度的同時也顯著提高了工作效率。

3.2反面焊縫得以保證

采用分段焊以后，由于管道變短，管道里面的每條焊縫都能清晰地看到，根本不存在焊縫死角。若發(fā)現焊縫缺陷及時進行修補和打磨，直到焊縫完好為止，打底焊縫的質量得以保證。

3.3X拍片合格率高

由于采用了方便、簡潔的焊接方法，減少了焊接接頭，相比立焊的電流也有所增大，層間溫度相對平穩(wěn)，消除了層間未熔合和夾渣等缺陷。且能輕松掌握焊層厚度，焊層厚度越薄，焊縫的質量就越好，拍片合格率就越高。到目前為止，我們拍片合格率基本達到100%。

3.4焊后變形小，易安裝

由于實施了分段裝配和焊接，平均每段管道的焊縫也就只有一到二條，到最后裝配完畢，所需焊接的焊縫一般就剩一道。且前面其余焊縫的殘余應力也基本釋放完畢，管道形狀趨于平穩(wěn)。再進行總裝焊接，焊接時整根管道的熱量相對減小，剛性也減小，焊縫殘余應力也隨之降低，管道就不易產生變形和收縮，尺寸可精確到1 mm左右，基本可以說沒有變形，易于船上整體接裝。

3.5焊接難度顯著降低

如果按照傳統方式來焊接，焊接難度極高，一般焊工難以完成此產品的焊接任務，最起碼由一個高級工或高級工以上的焊工才能高質量完成。而運用創(chuàng)新的焊接方法來焊接此產品，由于采用了平對接的焊接方式，只要對一個初級焊工進行3～5天的培訓，讓焊工掌握正確的焊接方法和焊接角度，能準確地調試焊接電流與電壓，就能出色地完成此產品的焊接。在降低了焊接難度的同時也降低了單位用工成本。

4結束語

高效焊接方法不僅是現代船舶制造的主要工藝之一，而且對于船舶行業(yè)的發(fā)展具有深遠意義。隨著管道焊接技術的進一步發(fā)展，施工單位希望大幅度提高大口徑厚壁鋼管焊接施工質量和效率，減少單位作業(yè)面設備組成數量，降低生產成本和勞動強度。新型材料管道焊接技術的進一步發(fā)展，是管道實施高效焊接的發(fā)展趨勢。

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[上接第70頁]

36.6 m金槍魚漁船在冷凍機艙內設不銹鋼糞便收集柜1個，容量為0.4 m3，用于在港內收集糞便污水。管路采用不銹鋼無縫管，糞便柜底部設出口，出口連接粉碎泵，當船?？看a頭時，通過粉碎泵可以將糞便排到岸上的接受裝置；當船航行到公海時，通過粉碎泵可以將糞便粉碎然后排出舷外。船艉部衛(wèi)生間在港口停泊時停止使用。

4結語

近年來，世界金槍魚漁船發(fā)展迅速，延繩釣捕撈作業(yè)不斷發(fā)展。通過對船舶海洋防污染進行分析，同時結合36.6 m延繩釣金槍魚漁船實船管系設計，為我國金槍漁船玻璃鋼化提供一定的參考。

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The High-efficiency Welding Technology of Thick-wall Pipe

SONG Biao

(Shanghai Jiangnan Shipbuilding Pipesystem Co., Ltd., Shanghai 201302, China)

AbstractPipe welding is one of the important shipbuilding welding work. In recent years, with the rapid development of shipping industry in our country, amid intensifying competition, and increasing competition among pipeline work, to carry out technical research of the highly efficiency of pipeline welding, reduce costs and improve welding quality have very vital significance. (The thick-wall pipe of A106 material is used for high value-added marine ship pipeline of high pressure water.)This article mainly tells the story of the optimization of thick wall tube manufacturing and welding measures and advanced ideas. Combining the pipe manufacturing and welding, the use of advanced manufacturing technology and reasonable welding technique and method can reduce the production cost and labor intensity and improve the productivity and stability of the welding quality of welding.

KeywordsInnovationWelding technology of thick-wall pipeEfficient

中圖分類號U671

文獻標志碼B

作者簡介：宋標(1971-)，男，焊接技師，大口徑作業(yè)部副部長。